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- 内容简介：
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毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 支架冲压工艺及模具设计 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 生 姓 名： 陆鹏 学号： 11403070239 指 导 教 师： 韩 豫 2014年 10月 3日1设计（论文）拟解决的主要问题（1）冲压模的工艺优化；（2）冲压模的结构设计；2设计（论文）的主要内容和基本要求（1）支架冲孔落料模具和弯曲模具结构优化；（2）支架冲孔落料模具和弯曲模具冲压工艺优化；（3）分析制件，完成必要的计算，确定模具工作方式，定位、卸料原理，导向零件和连接固定零件；（4）完成冲孔落料模的总装图、弯曲的总装配图及相关模具零件图的绘制，所有图样应符合生产现场使用要求和工程制图国家标准的规定；（5）找出设计中可能存在的问题和缺陷；（6）按宁波工程学院本科毕业设计的相关规定撰写毕业设计说明书，要求文字通顺，简明清晰，文体规范，论据充分，图表完备、整洁、正确；用语格式、图表、数据、各种资料的运用及引用都要规范化；综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理。3推荐参考文献（5篇以上，其中外文文献至少2篇）1刘全坤. 材料成形基本原理M. 北京: 机械工业出版社，2007.2陈炎嗣. 多工位级进模设计与制造M. 北京: 机械出版社，2007. 3王可胜, 刘全坤, 李文胜. 五金冲压件定位柱的冲锻成形研究. 模具制造, 2009, 9(5):23-25.4吴春甫. 板材冲锻成形制程各工序基本成形原理简介（二）J. 锻造, 1990, 10(3): 14-24.5杨玉英. 实用冲压工艺及模具设计手册M. 北京: 机械工业出版社, 2004.6 Yossifon SShivpuri R. Analysis and comparison of selected rotary linkage drives for mechanical pressJ. Int J Mach Tools Manufact,1993,33(2):175-192. 7 Liu Yuqi, Liu JunhuaNumerical constraint disposal for boundary friction in sheet metal formingJ. Journal of materials processing technology,2006,176:4-7.8Stoughton T BModel of drawing forces in sheet metal formingC.Proceedings of the 15th Biennial IDDRG Congress Dearborn,1988,205-215.4进度安排14年9月10日09月15日 指导教师与学生见面，下达毕业设计（论文）任务书14年9月16日09月28日 指导老师提供英文翻译原文，指导学生完成英文翻译， 文献综述9月28日前上交定稿后的文献综述、英文翻译。14年09月29日10月19日 指导学生完成开题报告的撰写。14年10月20日11月20日 指导学生完成总体设计，形成装配图、论文初稿等14年12月30日 学生上交所有毕业设计资料指导教师（签字） 年 月 日教研室主任审核意见：教研室主任（签字） 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目： NEC框架冲压模具设计 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 生 姓 名： 陆鹏 学号： 11403070239 指 导 教 师： 韩豫 2014年10月 3 日一、设计（论文）内容1.绘制冲压件零件图一张 参考有关资料，合理标注尺寸、公差及有关技术要求2.根据冲压件图纸的内容，确定该制品的冷冲压模具的设计方案3.设计冷冲压模具二、技术要求1.根据冲压件的几何形状、材料及材料厚度、实际加工的需要，分析、确定加工工序2.为准确制定出各道工序，必须先绘制比较精确的工件的（平面）展开图3.根据展开图，然后具体细化“落料”、“冲孔”、“弯曲”等各工序4.根据“方案的确定”、“模具设计”及有关“计算“的全过程，汇编”毕业设计说明 书“一份，三.毕业设计（论文）物化成果的具体内容及要求（冲压件）制品图 一张4（落料）模总装图 一张 1（冲孔）模总装图一张（弯曲）模总装图两张（非标准）零件图四. 毕业设计（论文）进度计划班级及学生数日期工作内容责任部门（人）备注11级材料成型及控制工程专业共计159人14年09月1日09月9日毕业设计题目拟定，填写选题申报表,上报选题申请，领导小组组织审定；指导教师教研室主任分管院长督导组参与督查14年9月10日09月15日指导教师与学生见面，下达毕业设计（论文）任务书。指导教师14年09月16日14年09月28日指导老师提供英文翻译原文，指导学生完成英文翻译，文献综述。9月28日前上交定稿后的文献综述、英文翻译。指导教师，教研室主任督导组参与督查14年09月29日14年10月19日指导学生完成开题报告的撰写。10月19日前上交开题报告，各教研室组织审定；指导教师，教研室主任14年10月20日14年11月20日指导学生完成总体设计，形成装配图、论文初稿等指导教师，教研室主任14年12月30日学生上交所有毕业设计资料指导教师五、论文提纲冷冲模是广泛运用的模具之一，种类包括冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等，近年来冷冲模的应用越来越广泛。冷冲压具有成本低，产品质量稳定，能加工多种性能，状态的零件。同时它的应用和普遍也受到模具寿命和生产安全等方面的制约。本文从工艺的合理性出发，分析了炭刷架的结构，精度特点，然后在满足加工精度的基础上充分考虑节约成本确定了炭刷架最优化的冲裁加工工序；完成模具总体结构分析；随后作者进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算，在此基础上确定模具的外形，完成了装配图和非标准的零件图。最后确定压力机类型及主要参数。五. 主要参考文献：1宋建丽 主编 模具制造技术 北京: 机械工业出版社 2成虹 主编 冲压工艺与模具设计 北京: 机械出版社 3冲压模具课程设计指导与范例 化学工业出版社4机械制图 高等教育出版社 第六版6网上资料指导教师审核意见： 指导教师签字 年 月 日教研室审核意见：教研室主任签字 年 月 日毕业设计说明书题 目： NEC框架的冲压工艺及 模具设计院 （部）： 专 业： 班 级：姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期：毕业设计说明书目 录摘 要IVABSTRACTV前 言11.1 模具加工及金属薄板冲压加工的特点及优势11.2 课题讨论及难点分析21.3 课题总体设计思路32工艺分析及工艺方案确定52.1工件的零件图52.2工艺分析52.2.1弯曲部分工艺分析62.2工艺方案的确定63落料冲孔模的设计93.1毛坯尺寸计算93.2 排样93.3 确定模具压力中心103.4 冲压力的计算103.4.1 落料力103.4.2冲孔力113.4.3卸料力113.4.4推件力113.4.5总冲压力113.5冲压设备的选择113.6工作部分尺寸计算123.6.1落料凸、凹模刃口的尺寸计算123.6.2冲孔凸、凹模的刃口尺寸133.7冲孔落料复合模的设计143.7.1落料冲孔复合模结构的设计143.7.2 落料冲孔复合模主要零件的设计154弯曲模的设计304.1确定模具压力中心304.2弯曲力的计算304.3冲压设备的选择304.4翻边模刃口尺寸计算304.5弯曲模的设计314.5.1弯曲模结构的设计314.5.2弯曲模主要零件的设计325结 论36谢 辞37参考文献38V摘 要本课题所设计的零件是较为多折边典型的型弯曲件。工件一侧有一个腰圆孔。通过对零件各部分进行计算分析后最终确定加工工序。经计算得翻边可以一次成型，工件整个成型过程所涉及的工序有：落料、冲孔、弯曲三步。在对零件进行工艺分析后，确定最终工艺方案为：落料冲孔复合，弯曲顺次进行。在确定工艺方案的基础上对主要模具进行设计，分析工件成型过程，并画出模具装配图及零件图。在本次设计中主要对落料复合模以及、弯曲模进行设计。关键词：落料冲孔；冲小孔；翻边；弯曲 ABSTRACTTypical bended workpiece of U shape with three folds was designed in this graduation project. Two hoes are flanged on one side with a 1.8 mm hole. There are three holes on the other side. The process was determined by calculating and analyzing. Flanging can be shaped by one step after calculating. Five steps as blanking, punching, punching a small hole, flanging and bending were included. Analyzed the technics of parts, the final process was determined as four steps: blanking-punching compound, punching a small hole, flanging and bending. Besides, the main dies were designed, the process was analyzed, and the die assembly and workpiece pictures were drawed. In this graduation project, blanking-punching compound die, punching a small hole die, flanging die and flanging die were designed. Key words: blanking-punching compound; punching a small hole; flanging; bending毕业设计说明书前 言1.1 模具加工及金属薄板冲压加工的特点及优势随着汽车工业的快速发展，服务于汽车生产的模具近年来也快速发展1。服务于汽车生产的模具和塑料模具使用量最大的两大类。此外，还有铸造模具、锻造模具、橡胶模具、粉末冶金模具及拉丝模具和无机材料成型模具等。在汽车工业十分发达的国家，为汽车服务的模具往往要占到全部模具生产量的40%以上。经过多年发展，我国目前为汽车服务的模具约已占到了全部模具产量的1/3左右2。在这些模具中，冲压模具在模具行业和汽车覆盖件模具，直接关系到汽车车型，因此其地位尤为重要。要生产出大量的各式各样的汽车，先进技术装备必不可少，而模具就是汽车先进技术装备中的重要装备。“现代工业，模具先行”、“没有高水平的模具，就没有高水平的产品”，这已成为人们的共识。不管是汽车还是模具，虽然近年来发展迅速，我国已成为生产大国，但离生产强国的距离还很远。然而，要成为制造业强国，要成为汽车、模具等的制造强国是我们的目标。为了向汽车行业提供更为先进的技术装备，必须不断提高汽车冲压模具的冲压模具的水平与能力。金属薄板冲压成形是现代工业生产中一种非常重要的制造技术3，金属薄板及其制品在冲压成形过程中所表现出的成形性能或成形性，是横跨薄板冶金制造和冲压成形生产两大行业之间的交叉性工程技术 ，即冲压成形性能及其应用。冲压加工是靠冲压设备和模具实现对板料毛坯的塑性加工过程。冲压加工具有许多十分明显的优点，它利用冲压设备与冲模的简单的运动完成相当复杂形状零件的制造过程，而且并不需要操作工人的过多参与，所以冲压加工的生产效率很高，产品质量稳定，一般情况下，冲压加工的生产效率为每分钟数十件。又由于冲压加工的操作十分简单，为操作过程的机械化与自动化提供了十分有利的条件。因此，对某些工艺成熟的冲压件，生产效率可达每分钟数百件，甚至超过一千件以上。 冲压加工用的原材料多为冷轧板料和冷轧带材4。原材料的良好表面质量使用大量生产方式、高效而廉价的方法获得的。在冲压加工中这些良好的表面质量又不容易遭到破坏，所以冲压件的表面质量又不致遭到破坏，所以冲压件的表面质量好，而成本都很低廉。这个特点，在汽车支撑件件的生产上表现得十分明显5。 利用冲压加工方法，可以制造形状十分复杂的零件，能够把强度好、刚度大、重量轻等相互矛盾的特点融为一体，形成十分合理的结构形式。冲压加工时，一般不需要对毛坯加热，而且也不像切削加工那样把一部分金属切成切屑，造成原材料的损耗，所以它是一种节约能源和资源的具有环保意义的加工方法。冲压产品的质量与尺寸精度都是由冲模保证的6，基本上不受操作人员的素质与其他偶然因素的影响，所以冲压产品的质量管理简单，也容易实现自动化与智能化生产。冲压件的尺寸精度与表面质量好，通常都不需要后续的加工而直接装配或作为成品零件直接使用。冲压加工是一种高生产率的加工方法的，如汽车车身等大型零件每分钟可生产几件，而小零高速冲压则每分钟可生产千件以上。由于冲压加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷状态下加工，因此较易实现机械化和自动化，比较适合配置机器人而实现无人化生产7。冲压加工的材料利用率较高，一般可达70%85%，冲压加工的能耗也较低，由于冲压生产具有节材、节能和高生产率等特点，所以冲压件呈批量生产时，其成本比较低，经济效益高8。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法9，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件5。由于冲压加工方法具有前述的许多优点，现在他已经成为金属加工中的一种非常重要的制造方法。1.2 课题讨论及难点分析本课题所要设计的NEC框架如图1.1，它是凸包定位且焊接组合在车架的电气元件框架类类零件，材料20号钢，厚度为1mm，年生产量5万件，首先它是薄板类零件，形状较为复杂，零件需要折弯，且生产批量较大，这些都是用冲压加工较容易实现而其他加工方法所不具备的，所以用冲压方法来加工该零件是非常理想的。针对这个零件，分别要经过落料、冲孔、冲小孔、翻边、折弯、U形弯曲等几个工序才能完成。在设计每套模具的时候又有很多难点和需要注意的问题。例如在冲2.1的小孔时，凸模的强度是否可以达到要求，是不是需要安装一个凸模保护套，还有在翻边的过程中边缘是否会发生破裂，再比如若翻边完成后，弯曲时如何固定板料。这些都是在设计时急需解决的问题。图1.1NEC框架示意图1.3 课题总体设计思路 （1）分析冲压件的工艺性根据设计题目的要求，分析冲压件成型的结构工艺性，分析冲压件的形状特点、尺寸、大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求。（2）制定冲压件工艺方案在分析了冲压件的工艺性后，通常可以列出几种不同的冲压工艺方案（包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式），从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造难易程度和模具寿命高低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，然后确定适合于具体生产条件的最经济合理的工艺方案。（3）确定毛坯形状、尺寸和下料方式在最经济的原则下，决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，确定材料的消耗量。（4）确定冲模类型及结构形式根据所确定的工艺方案和冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、模具制造条件、操作方便及安全的要求，以及利用现有通用机械化、自动化装置的可能，选定冲模类型及结构形式，绘制模具结构草图。（5）进行必要的工艺计算计算毛坯尺寸，以便在最经济的原则下进行排样和合理使用材料。计算冲压力（冲裁力、弯曲力、卸料力、推件力等）以便选择压力机。计算模具压力中心，防止模具因受偏心负荷作用影响模具寿命和精度。计算模具各主要零件（凹模、凸模、凸模固定板、垫板）的外形尺寸，以及卸料弹簧的自由高度等。确定凸、凹模的间隙，计算凸、凹模工作部分尺寸9。（6）选择压力机压力机的选择是模具设计的一项重要内容，设计模具时必须把所选的压力机的类型、型号、规格确定下来。压力机的确定主要取决于冲压工艺的要求和冲模结构情况。（7）绘制模具总图和非标准零件图2工艺分析及工艺方案确定2.1工件的零件图NEC框架的零件图如图2.2图2.2NEC框架零件图2.2工艺分析本课题所要设计的NEC框架，是凸包定位且焊接组合在车架的电气元件框架类类零件，该零件属隐蔽件，外观上要求不高，只需平整。材料20号钢，厚度为1mm，年生产量2万件。此零件属于较为典型的多折弯型弯曲件，其中有多个上下折弯处。根据零件的形状，需要分别经过落料、冲孔、弯曲等几个工序才能完成。现首先对翻边部分进行计算，确定能否一次成形。另外，零件图中的尺寸公差为未注公差，在处理这类零件时按IT14级要求10。2.2.1弯曲部分工艺分析本零件是典型的多折弯型弯曲件，在弯曲过程中会可能出现回弹，但其对外性要求不高，可以忽略不计。弯曲圆角半径为0.5大于最小弯曲半径（rmin=0.4t=0.41=0.6mm），故此零件形状、尺寸均满足弯曲工艺的要求，可以弯曲工序进行加工。展开工序如下2.1工艺方案的确定通过工艺性分析，可得到以下几种方案：（1）单工序落料、冲孔、弯曲，采用单工序模具。每道工序分别设计一套模具，加工过程中按照工序一步步完成。优点：设计简单明了，设备冲裁力不必很大就可完成工作。缺点：每道工序都要制作一套模具。模具费用昂贵，这就增加了生产成本； 生产过程中，坯料要经过至少3道工序，工序繁杂，生产效率低； 坯料每经过一道工序就要重新定位以便于加工，这就增加了尺寸误差，使产品精度下降； 占用车间工位和设备，不方便操作12。（2）采用复合模进行加工，即落料冲孔复合，弯曲顺次进行。优点：在完成这些工序过程中，冲压坯料无需进给移动。生产效率高，结构简单，节省制造费用，且定位准确，生产精度高。缺点：需要的冲裁力较大，模具制作复杂，生产过程中容易磨损。（3）级进模：冲孔、落料、弯曲递进完成。优点：生产效率高且操作安全。缺点：模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，因此只有在特大量生产中才比较适宜。定位不准确，尤其是在冲小孔时无法保证尺寸精度。 综合考虑成本、效率生产批量和要生产的实际工件等方面因素，采用复合模加工比较合理。经落料冲孔后的坯料图分别如图2.3所示。图2.3 落料冲孔后的零件图3落料冲孔模的设计3.1毛坯尺寸计算毛坯宽度计算：因为r/t=0.5/1=0.5，参照中国模具设计大典12表19.3-1，得x=0.25查表19.3-6得l弯=1.4mml=179mmX150mm则毛坯的外形尺寸为长L为179mm,宽为150mm的长方形板料。3.2 排样工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，由于件展开尺寸大于100mm，因此采用单行排列，查表2-1613得 搭边值a1=2mm,a=2. mm,条料的排样图如图3.1所示，则：条料宽：b=179+2a=183mm条料的进距为：h=150+a1=152mm 条料的利用率：=s/（hb）100 （3.2a）=21543/（183152）100=77.4图3.1 条料排样图3.3 确定模具压力中心 由于零件形状左右不对称，上下不对称，故x0=31.5mmy0=liyi/li （3.3a）=47464.55/2381.27=19.93mm3.4 冲压力的计算3.4.1 落料力F落=KLt （3.4a） =1.36341350 288.5KN3.4.2冲孔力 F孔=KLt （3.4b） =1.3588.41350 267.7KN3.4.3卸料力 F卸= K卸F落 （3.4c） =0.06288.5KN 17.3KN3.4.4推件力 F推= NK推F孔 （3.4d） =2X0.05267.7N 26.8KN3.4.5总冲压力 F总 = F落F孔F卸F推 （3.4e）=600.3KN3.5冲压设备的选择 为了保证安全，防止设备的过载，可按公称压力F压(1.61.8)F总的原则选取压力机13。参照冲压工艺与模具设计14，落料冲孔工步可选取公称压力700KN的J23-70型开式双柱可倾压力机，该压力机与模具设计的有关参数为；公称压力：700KN；滑块行程：70mm；最大闭合高度：250mm；封闭高度调节量：60mm ；工作台尺寸：700mm600mm；模柄孔尺寸：60mm70mm。3.6工作部分尺寸计算3.6.1落料凸、凹模刃口的尺寸计算落料时应先确定凹模的尺寸。由于工件尺寸属于未注公差尺寸，在计算凸模与凹模尺寸时，冲压件公差尺寸的极限偏差数值通常按GB1800-79IT14级。凸模尺寸按照凹模尺寸配做，保证其最小间隙值为零。该零件材料为20号钢，料厚1mm，由冲压工艺与模具设计，表2-5可查得：Zmax=0.10 Zmin=0.14 Zmax- Zmin=0.140.1=0.04 (3.6a)由表2-10查得凸、凹模制造公差：落料部分： d=+0.02 p=0.02d +p=+0.02+0.02=0.04Zmax- Zmin=0.04 (3.6b)由实用冲压工艺与模具设计15表3-13可查得：落料凹模长： x=0.370落料凹模宽： x=0.310落料凹模长： Ad1=(D1-x) (3.6c) =(179-0.1)mm =178.9mm式中：零件的制造偏差，x系数落料凹模宽： Ad2=(D2-x) (3.6c) =(150-0.10)mm =149.9mm落料凸模长： Ap1=( Ad1- Zmin) (3.6d) =(178.9-0.12) =178.78mm落料凸模宽： A p2=( Ad2- Zmin) (3.6d) =(149.9-0.12) =149.78mm3.6.2冲孔凸、凹模的刃口尺寸冲孔时应先确定凸模的尺寸。由于工件尺寸属于未注公差尺寸，在计算凸模与凹模尺寸时，冲压件公差尺寸的极限偏差数值通常按GB1800-79IT14级15。凹模尺寸按照凸模尺寸配做，保证其最小间隙值为零。由表2-10查得凸、凹模制造公差：d=+0.02 p=0.02d +p=+0.02+0.02=0.04Zmax- Zmin=0.06 (3.6a)对2.1孔： dp1=(d+x) (3.6b) = (2.1+0.50.2) mm =2.2 mm dd1=( dp1+ Zmin) (3.6c) = (2.20.12)mm =2.32 mm对3.5孔： dp1=(d+x) (3.6b) = (3.5+0.50.2) mm =3.6 mm dd1=( dp1+ Zmin) (3.6c) = (3.60.12)mm =3.72 mm对4孔： dp1=(d+x) (3.6b) = (4+0.50.2) mm =4.1 mm dd1=( dp1+ Zmin) (3.6c) = (4.10.12)mm =4.22 mm3.7冲孔落料复合模的设计3.7.1落料冲孔复合模结构的设计(1) 模具总体设计在确定采用复合模后，便要考虑采用正装式还是倒装式复合模。采用倒装式复合模，拉深后工件嵌在上模部分的落料凹模内，由推件装置推出，再由压力机上附加的接件装置接走，条料由下模的卸料装置脱出。这样操作方便而且安全，能保证较高的生产率。而正装式复合模，工件则由下模的推件装置向上推出，条料由上模卸料装置脱出，二者混杂在一起，如果万一来不及排除废料或工件而进行下一次冲压，就容易崩裂模具刃口。因此，这副落料冲孔复合模采用倒装结构。(2) 推件装置在倒装式复合模中，冲裁后工件嵌在上模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模，但在冲裁时，刚性推件装置对工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些。根据生产实际经验，用刚性推件装置已能保证零件所有尺寸精度，故这副模具采用刚性推件块。(3) 卸料装置复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因此需要在下模装卸料装置。卸料装置有二种形式：一种是将卸料零件，装在卸料板与凸凹模固定板之间；另一种是将卸料零件装设在下模板下面。由于零件的条料卸料力大，故采用前一种结构复杂，弹性卸料装置。 (4) 导向装置15由于工件为弯曲件精度要求不高，而且材料不是很薄，模具间隙一般 ，故采用中间导柱模架。(5) 工作过程本冲模在一次行程中完成落料、冲孔两个工序，生产效率高。冲压时，条料从5-活动导料销中通过，由3凸凹模和18落料凹模进行落料。11顶板继续下行，7活动挡料销挡住板料，3凸凹模和12、13凸模完成工件冲孔工序。冲孔后，嵌在3凸凹模内的工件由9推件器推出，废料由4卸料板卸下，整个过程完成。落料冲孔复合模装配图如图3.2所示：3.1.2 落料冲孔复合模主要零件的设计对于复合模来说，工作部分包括凸凹模、凸模和凹模三个零件。现在这副模具的凸凹模用电火花线切割一次割出，所以要将凸凹模的刃口尺寸全部算出，其外形按落料凹模计算，内孔按冲孔凸模计算。凸模按凸凹模内孔线切割，也需标出刃口尺寸16。凹模也用线切割加工，无论是光电跟踪还是程序控制的线切割，在制作光电跟踪图或者计算输入方程时，均以凹模刃口工作部分尺寸作为依据，故凹模刃口尺寸也需计算。 图3.2 落料冲孔复合模装配图 由于，凸凹模、凸模和凹模三个零件都需要进行线切割 ，而且三个之间的尺寸有一定的联系，所以可以连续加工。首先，加工一块凹模外形尺寸的模具板材，确定压力中心，在板材上线切割出凹模的刃口，调节线切割设备选用合适的钼丝使切割量小于凸、凹模间隙，在切下的废料上切割出折弯凹模刃口，接下来在切下的废料上切割出折弯凸模，然后在数控铣上铣出头部曲面，完成模具工作零件的加工17。（1）落料凹模的设计17材料：Cr12MoV；外形尺寸：28015025；由于大批量生产，对刃口强度要求较高，所以刃口采用直刃式，磨损后刃口尺寸变化小，凹模刃口厚度为5mm；加工后进行热处理：5860HRC；凹模采用M10销钉定位，通过4个M8内六角螺钉经过凸模固定板与垫板紧固在上模座上，表面粗糙度为1.6。如图2.4所示。（2）凸凹模的设计材料：Cr12MoV；外形尺寸：如图2.4所示加工后进行热处理：58-60 HRC；凸凹模通过铆接固定在下固定板上，表面粗糙度为1.6。（3）冲孔凸模的设计18材料：Cr12MoV；凸模圆角半径为5mm；加工后进行热处理：58-60HRC；凸模通过与固定板一起磨平后卡在一起；表面粗糙度为1.6。图2.3 落料凹模图2.4 凸凹模 （4）卸料板的设计卸料装置的形式比较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹压卸料板和废料切刀等几种。本制件较薄且要求平整，而且卸料板是用在复合模中，所以选用弹压卸料板如图2.9所示。图2.9 卸料板（5）模柄的选择16中小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。通过对制件的分析，决定采用适合于较大模具上的凸缘模柄，如图2.10所示。 （6）固定板与垫板的设计 固定板选用矩形，厚度是13mm，固定板选用规格是20015013。 垫板不需经淬硬磨平，厚度取10mm，垫板选用规格是20015010。图2.10 凸缘模柄4弯曲模的设计4.1确定模具压力中心 由于零件形状左右对称，上下对称，故x0=0mmy0=liyi/li （6.1a） =0mm4.2弯曲力的计算弯曲力： F弯= 0.7KBt2b/（rt） （6.2a） =0.71.31012215/（0.51） =78KN压料力： F压=F顶=0.8 F弯=6.3KN F总= F弯F压F顶 = 84.3KN 4.3冲压设备的选择 为了保证安全，防止设备的过载，可按公称压力F压(1.61.8)F总的原则选取压力机。参照冲压工艺与模具设计，落料冲孔工步可选取公称压力250KN的J23-25型开式双柱可倾压力机，该压力机与模具设计的有关参数为；公称压力：100KN；滑块行程：50mm；最大闭合高度：230mm；封闭高度调节量：50mm ；工作台尺寸：550mm400mm；模柄孔尺寸：40mm50mm。4.44.4弯曲模的设计4.4.1弯曲模结构的设计（1）模具总体设计模具采用中间导柱标准模架，模具上模部分主要由上模架、垫板、凸模固定板组成，卸料方式为弹性卸料，以弹簧为弹性元件。下模部分由下模座、凹模、凹模垫板、顶件块、定位板等组成。其装配图如图6.1所示。（2）模具的特点该模具结构简单，在压力机上安装，调节方便。定件板在弯曲时与凸模将板料压紧，并且背压力可以根据需要调节大小，始终能对工件底部施加较大的反顶件力，能使工件底部保持平整，能有效地防止弯曲件的滑移，由于弯曲结束时制件能得到可靠的校正，因而大大降低了制件的回弹量17。（3）模具工作过程工作中，先将板料放在固定板中，上模下行，凸模与顶件板将板料夹紧，凸模与凹模对板料进行弯曲直至顶件板与凹模垫板接触，并将凸模和顶件板进行特殊加工，使其在弯曲的过程中可以使坯料弯出褶边，弯曲结束后顶件板可以通过顶杆和弹簧将弯曲件顶出凹模。 图6.1 弯曲模装配图4.4.2弯曲模主要零件的设计（1）凹模的设计17材料：Cr12MoV；外形尺寸：23011025；由于大批量生产，对刃口强度要求较高，所以刃口采用直刃式。加工后进行热处理：5860HRC；凹模通过通过四个M10螺钉和两个圆柱销与凹模垫板一块固定在下模座上，表面粗糙度为1.6。如图6.2所示。图6.2 弯曲凹模图6.3 弯曲凸模（3）顶件块的设计材料：45；外形尺寸：827837；加工后进行热处理：5860HRC；其置于凹模之间，工作时被压下并与凹模垫板紧密接触，工作完毕后由卸料螺钉通过弹簧将其顶出，如图6.4所示。图6.4 顶件板（4）定位板的设计材料：45钢；加工后热处理：4650 HRC；将坯料放在定位板中，使其不能滑动7结 论 （1）为多折弯型框架类零件设计模具时，首先要计算毛坯直径，通过计算分析加工工序，确定工艺方案的可行性。 （2）落料、冲孔工序采用倒装式复合模，工件由上面的凹模带上后，由推件装置推出，再由压力机上附加的接件装置接走，条料由下模的卸料装置脱出。这样操作方便而且安全，能保证较高的生产率。在倒装式复合模中，冲孔后工件嵌在上模部分的落料拉深凸凹模内，采用刚性推件装置推出。复合模冲裁时，条料将卡在凹凸模外缘，因此下模采用弹性卸料装置。由于工件为弯曲件精度要求不高，模具间隙一般，故采用中间导柱模架。（3）主要零件加工方案由于凸凹模、凸模和凹模三个零件都需要进行线切割 ，而且三个之间的尺寸有一定的联系，所以可以连续加工。首先，加工一块凹模外形尺寸的模具板材，确定压力中心，在板材上线切割出凹模的刃口，调节线切割设备选择合适的钼丝使切割量小于凸、凹模间隙，在切下的废料上切割出拉深凹模刃口，接下来在切下的废料上切割出拉深凸模，然后在数控铣床上铣出头部曲面。（4）在弯曲模具设计时，模具采用中间导柱标准模架，工作中，先将板料放在固定板中，上模下行，凸模与顶件板将板料夹紧，凸模与凹模对板料进行弯曲直至顶件板与凹模垫板接触，并将凸模和顶件板进行特殊加工，使其在弯曲的过程中可以使坯料弯出褶边，弯曲结束后顶件板可以通过顶杆和弹簧将弯曲件顶出凹模。谢 辞毕业设计得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢任国成老师，因为我的毕业设计的整个过程都是在任老师的悉心指导下完成的。任老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。本次毕业设计从选题到完成，每一步都是在任老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。再次我要对我们课题组的同学表示衷心的感谢，在平时的实验过程中得到了他们很多的帮助。同时，毕业设计的顺利完成，离不开其他各位老师的关心和帮助，感谢我们学院其他各位老师在大学期间给予我的教导与帮助。参考文献1 徐义，李落星，李光耀，等型材弯曲工艺的现状及发展前景J 塑形工程学报，2005，（3）：61-692 O.W.Salomons,F.J.A.M.Van.Hooten,H.J.J.Kals,Review of Research in Feature-Based Design,Journal of Manufacturing Systems,Vol.12,No.2,1992.3 Mantyla M.A Modleing system for top-down of assembled products IBM Jres&Develop, 1990, 34 (5): 636-659.4 姜奎华冲压工艺与模具设计M. 机械工业出版社，1998.55 Mantyla M.A Modleing system for top-down of assembled products IBM Jres&Develop, 1990, 34 (5): 636-6596 肖景容，姜奎华主编冲压工艺与模具设计M. 机械工业出版社，北京：19997 周大隽冲模结构设计M .机械工业出版社，北京：20068模具设计与制造技术教育丛书编委会编.模具结构设计M. 机械工业出版社，北京2003.109 郑家贤著.冲压模具设计使用手册M . 机械工业出版社，北京： 2007.910 阮雪榆.中国模具工业和技术的发展J.模具技术，2001（2）：727411 洪慎章.塑性成形技术的现状及发展趋势J.模具技术，2003（1）：545612 白容恩.典型零件复合模设计探讨J.模具工业，1989（11）：5913金涤尘.现代模具制造技术M.北京：机械工业出版社，200314付宏生模具试图与制图M北京：化学工业出版社,200615王秀凤，万良辉.冷冲压模具设计与制造M.北京：北京航空航天大学出版社，2005:2-316周大隽.冲模结构设计要领与范例M.北京：机械工业出版社，2005:23-3517中国机械工程学会锻压学会.锻压手册（第2卷）M.北京：机械工业出版社，1993:56-6428Study on High-Temperature Deformation and Practical Appli-cation of Ultra High Strength Steel BR1500HS in Hot Stamping Xin SHANGa, Jie ZHOUa,*, Zhu SUa, San-zheng CHENb and Hui Lia aColloge of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China bShaoguan University, Shaoguan 512005, China Abstract: In order to study the influence of process parameters on the hot formability and improve the numerical simulation ac-curacy of ultra-high strength steel BR150HS, hot tensile experiment was carried out using a Gleeble1500 device at temperatures between 873 and 1073K, and in a range of strain rates between 0.01 1and 1 s1.The actual stress- strain curves in the samples were obtained. Based on these experimental data, Norton-Hoff model was constructed and expressed the good characterization of its high temperature rheological properties. Material performance parameters were input into the Finite Element Program DYNAFORM. A complex vehicle reinforcing part model was used to analyze the hot stamping process and the simulation results were carried out based on material parameters values. Finally, the comparisons between the simulated result and the practical production have verified the reliability of the Norton-Hoff Model and the model has the high calculation precision. Key words: Ultra-high Strength Steel BR1500HS; High-temperature Constitutive Model; Hot Stamping; FEM Simulation. INTRODUCTION In an effort to save energy and reduce environmental pollution, advanced high strength steel (AHSS) has garnered in-creasing attention in the automotive steel industry 1.However, the use of high strength steel sheets usually will lead to some disadvantages like high impact on the tools, reduced formability and the increased tendency to springback 2.To im-prove the mechanical properties and avoid the springback of high strength steel sheets, hot stamping process has been used widely. High strength steel is applied to automotive bodies which is a good way to reduce the weight of automobile. The applied hot stamped parts in the automotive industry are chassis components, like A-pillar, B-pillar, bumper, roof rail, rocker rail and tunnel 3.However, in hot stamping processes, material characteristic of high strength steel plays an important role. At present the results of the research by the heat treatment experiment, theory analysis and numerical simulation have been applied to cold stamping technology 4-6.However, hot stamping technology is a new forming technique which will combine traditional heat treatment technology with cold stamping technology. This new technology has attracted great in-terest on many scholars. Bergman et al. 7 made some numerical simulation experiments of hot stamping processes. Naderi et al. 8 have studied material high-temperature flow norm and material parameters respectively. For instance, Oldenburg et al. 9 introduced the phase transformation effect into their simulation using both the kinetic model by Kirkaldy and Venugopalan 10. M.G Lee et al. 11?12 and Hyun-Ho Bok recently constructed a mathematical constitutive formulation for describing both diffusion and non-diffusion transformation induced plasticity. All of research methods will provide scheme for hot stamping processes. In this paper, the present work is to study material high-temperature flow stress performance by Gleeble1500. Based on these experimental data, the Norton-Hoff constitutive model of high-temperature flow stress was built. Then material per-formance parameters and high-temperature constitutive model was input into DYNAFORM and improved the accuracy of hot stamping process. The 11th International Conference on Numerical Methods in Industrial Forming ProcessesAIP Conf. Proc. 1532, 819-825 (2013); doi: 10.1063/1.4806916 2013 AIP Publishing LLC 978-0-7354-1156-2/$30.00819EXPERIMENT In current researches, material performance is a main factor which directly affects the quality of final part. Based on these factors, some experiments are done to build high-temperature constitutive model and obtain the optimum process pa-rameters. Experimental Device and Procedure High-temperature flow stress test was carried out using the Gleeble1500 machine to determine the stress-strain as a function of the temperature. In this paper, the main experiment study is expressed that includes the following aspects. (?)The specimen was heated to 950 oC at heating speed of 5oC / s;( ?) Holding time is 5min to obtain uniform austenite phase;( ?) Cooled quickly to experimental temperature at cooling speed of 40oC / s and holding time is 5s, isothermal ten-sile test is made at different strain rate and temperature respectively. Experimental Results The influence of temperature on the stress strain includes some factors. Hot rheological stress will reduce with the in-crease of deformation temperature, but the degree of the decline has some difference. That is to say, temperature will have a great impact on flow stress obviously. There are some reasons for this:(?) The flow stress improved quickly at the initial stage of deformation. The curve slope decreased gradually, and then increased to tensile strength with increase of the de-formation of time. (?) Material produced dynamic recovery to offset strain hardening at recovery temperature above. Then curve slope reduced and flattened subsequently. As can be seen from the FIGURE 1(b) and FIGURE 1(c), the curves with strain rate of 0.1/s-1and 0.01/s-1 have yield phenomenon at 600 C, but stress values increased quickly when material was in stage of plastic deformation after yield stage, the curve slope value was too large. It showed that strain hardening wouldn t be offset by softening process. Material hasn t produced dynamic recovery at 600C, so the recovery temperature was determined between 600 C and 700 C. FIGURE 1. True Stress-strain Curve at Different Strain Rate, (a) 1/s-1,(b) 0.1/s-1,(c) 0.01/s-1. Build High-Temperature Constitutive Model Strain, strain rate and temperature are dependent on material flow stress of austenite by true stress-strain curve. Certainly there are some relations with material performance. Based on experimental data, high-temperature constitutive model was built by Norton-Hoff model theory 13: Norton-Hoff model: 820 ?0000exp()exp()expnmnCT TmCT TTKTb? ?00?00?exp()?0?()?0?expn0exp(?0?m0exp(?0?TKTb?TKb?00?( ( (?00?Kb? ? ? ? ? (1) Inoue Katsuro model 14: , ,exp()nmTKT? ? ? ?,exp()nmT?,? (2) Sheet mental high-temperature constitutive model can be modified and expressed as follows 15: ?0000exp()()nmnmTKTnnC TTmmCTT? ?expnmTKT?nTK?K? ? ? ? (3) Where?, ? ? and ?are the stress, strain rate and strain respectively. K, n and m represent strength factor, strain hardening index and the strain rate sensitivity respectively.n0, m0, Cn and Cm denote material parameters ?, T, b and T0 denote tem-perature factor, absolute temperature, and deformation correction value and reference temperature respectively. K, b, n0, m0, Cn and Cm are all constant and are determined by high-temperature tensile test. Both sides of the Eq. (3) to logarithm are expressed as: lnlnlnlnKnmT?T? (4) According to Eq. (3), some equations are obtained by linear fitting as follows: 00ln( ( )lnnn TnC TT? ? (5) 0( )1.4726exp 0.00176()n TTT? (6) The m denotes slope of the lnln?FIGURE 2a?, According to Eq. (3), some equations are obtained by linear fit-ting(FIGURE 4(b) as follows: 0( )0.43892exp 0.00215()m TTT? (7) The ? denotes slope of the ln1/T?FIGURE 3?,the value of ? is obtained by FIGURE 5, so ? is equal to 1984.45503. 821 FIGURE 2. Solving m Value of (a) Relationship between ln?and ln? ? (?=0.05) and (b) Curve Fitting between T andlnm. FIGURE 3. Relationship between ln?and 1/T(?=0.05) Substituting m, n and ? into the coefficient Eq. (4) can be easily obtained the value of K(TABLE (1).The influence of Kvalue on strain rate isn t large, so Kvalue is acquired by linear equation. TABLE (1). Fitted Values of Material Constants. Material b no Cn mo Cm BR1500HS 143.05486 0.08716 1.4726 0.00716 0.043892 0.0021 1984.45503 Finally, the high-temperature constitutive model was obtained as follows: 001.4726exp 0.00716()0.043892exp 0.00215()1984.45503143.054860.08716exp()T TT TTT?0 0438920 043892exp0 043892exp0 043892exp? (8) FEM SIMULATION Model description and Fem Construction In FIGURE.4, part dimension is about 1160 550 1.8mm. It is the shape that considers for simulations and experimental works. Based on the forming characteristic of part and principle of hot stamping process, part process complement surface is modified to create good forming condition and guarantee part quality for hot stamping, and red line is expressed as trim-ming line. So 3D FE-model is created which is used the simulation system DYNAFORM. 822 FIGURE 4. Part Model. FIGURE 5. Model of Hot Stamping Used for Simulation. As can be seen from the FIGURE 5, the shape of tools and their assembly used for forming simulation of hot stamping are illustrated .The tools mainly consisted of die, punch and blank holder. Results and discussion A complex vehicle reinforcing part was used to simulate the hot stamping process and the simulation results were carried out. FIGURE 6(a) was simulative result and FIGURE 6(b) was experimental result. FIGURE 6. A Complex Vehicle Reinforcing Part after Hot Stamping with Simulative Result (a) and Experimental Result (b). FIGURE 7. Temperature Boundary of Section A-A and B-B . 823 FIGURE 8. Thickness Comparison of Section A-A and B-B between Simulative Results and Experimental Results. In the hot forming, material height was 1.8mm and austenitizing temperature was 950 C, forming and quenching time was 8s, cooling rate was 40 C/s. Stamping speed was 40mm/s. Indirect forming method was adopted. Hot forming simula-tion was done by DYNAFORM. FIGURE.7 was shown the temperature boundary during hot forming. Temperature Boundary In the hot forming, heating temperature is an important factor to make uniform austenite convert into martensite. The cooling rate must be high enough to transform only austenite into martensite phase. Cooling rate of more than 27 K/s is necessary for a full martensite microstructure of high strength steel 16. On the other hand, bainitic and ferritic transfor-mation must be prevented. From FIGURE 7, temperature of section A-A and B-B will increase and then decline because blank firstly contact with blank holder closely, then enable blank holder to conduct and distribute large amount of heat effi-ciently. Simultaneously cooling water will take away most of the heat. So blank temperature decreased quickly which will make material microstructure change quickly. Material Thickness Variation From FIGURE 8, thickness reduction rate of sheet metal reaches to 12%. In the A-A and B-B section, the part s thick-ness will reduce quickly at the corner because material flow resistance increases rapidly and change deformation badly un-der the large tensile stress. In the actual forming, the experimental data has the same trend with the simulative data. Hot stamping of sheet metal thickness reduction rate within 30% is acceptable generally. So thickness reduction rate of the com-plex vehicle reinforcing part is controlled within permissive range. All in all, the simulation results fit in with the experi-ment results; these demonstrate the establishment of the constitutive model is valid. Microstructure Investigation As it is observed in FIGURE 9(a), the original material had not been formed; the main microstructure of BR1500HS consisted of ferrite phase, pearlite phase and a little carbi
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